青岛能源所等揭示工业酵母耐受纤维素水解物转导通路

木质纤维素燃料乙醇生产的一个重要瓶颈是生物质预处理过程会产生多种抑制物，它们显著地阻碍酿酒酵母的生长和后续的发酵过程，限制了乙醇的产量和得率。开发能够对抑制物进行原位脱毒、具有强抗逆性的发酵菌株是解决该问题的关键。一些工业酵母菌株（如Saccharomyces cerevisiae NRRL Y-12632）与实验室模式菌株相比，具有更好的抑制物耐受性，但其遗传基础和分子机理尚不清楚。

近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞研究中心徐健团队与美国农业部北部研究中心Zonglin Lewis Liu团队合作，发现了工业酵母耐受纤维素水解抑制物的关键信号转导通路，相关成果发表于Scientific Reports。

青岛能源所周茜、宁康等基于对Y-12632的全基因组解析，发现工业酵母与实验室菌株相比具有广泛的基因组差异，且在工业酵母中MAPK和磷脂酰肌醇信号等转导通路的基因编码区内的非同义突变和启动子区域的突变均有显著富集。在适应5-羟甲基糠醛（HMF，木质纤维素水解过程中产生的主要抑制物之一）的过程中，工业酵母MAPK和磷脂酰肌醇信号等转导通路上分别有73%和60%的基因在转录水平有显著上调（图1），且引入这些基因的单基因突变则会造成HMF耐受性显著降低。因此MAPK和磷脂酰肌醇这两个信号传导通路在工业酵母的HMF耐受性中发挥了重要作用。

该工作证明了从工业酵母株出发研究纤维素乙醇合成机制的重要意义，并为燃料乙醇酵母耐受性的理性改造提供了新思路。

上述研究获得了中国国家基金委微进化重大研究计划、青年基金和中科院创新团队国际合作伙伴计划的支持。

原文链接：

Zhou, Q., Liu, Z. L., Ning, K., Wang, A., Zeng, X. and Xu, J. (2014) Genomic and transcriptome analyses reveal that MAPK- and phosphatidylinositol-signaling pathways mediate tolerance to 5-hydroxymethyl-2-furaldehyde for industrial yeast Saccharomyces cerevisiae. Scientific Reports, 4: 6556。

http://www.nature.com/srep/2014/141009/srep06556/full/srep06556.html

图1.工业酵母NRRL Y-12632 MAPK 信号转导通路基因组和转录组分析(A)HMF刺激后上调表达基因用红色表示；含有非同义突变的基因用*表示；(B) HMF 刺激2h基因表达；(C）含20mM HMF 培养基中单基因敲除酵母突变体生长曲线。

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